Scambi di componenti PCB che possono ridurre il costo della distinta base (BOM)

Quando si porta un prodotto alla produzione di massa, il principale fattore di costo passa dal PCB al bill of materials (BOM). Questo è particolarmente vero quando si guardano prodotti con molti circuiti integrati, grandi processori e alcuni chip speciali come sensori o FPGA. Quando un grande driver del successo di un prodotto è la competitività sui costi, è utile sapere dove i costi possono essere ridotti senza impattare le prestazioni o l'esperienza utente del prodotto.

Se il costo del BOM è un fattore così determinante, allora ci devono essere alcuni scambi di componenti che possono aiutare a ridurre il costo totale del BOM. In questo articolo, esamineremo alcune opportunità di riduzione dei costi dei componenti che potresti non aver considerato. Spesso, queste possono essere implementate senza grandi cambiamenti nella funzionalità o affidabilità del circuito. E in alcuni casi, possono aiutare a ridurre il costo di assemblaggio.

Grandi Processori

Queste parti ricevono (e meritano) la maggior parte dell'attenzione perché la potenza di elaborazione è un grande abilitatore di molte funzioni del prodotto. I grandi processori possono anche comportare molti costi nel BOM, anche con processori moderatamente costosi che sono secondi solo a grandi meccanici e connettori in termini di costo. Certi microcontrollori, MPU e FPGA sono tutti candidati per uno scambio di parti che ridurrà i costi di un nuovo prodotto.

L'obiettivo di questi scambi è non eliminare funzioni importanti per il prodotto finale. Alcune strategie per questo tipo di scambio di parti a costo inferiore includono:

• Usare un pacchetto di dimensioni minori nella stessa serie di numeri di parte
• Usare una parte con diverse valutazioni di temperatura
• Usare una parte in un pacchetto alternativo

I grandi processori possono essere disponibili in confezioni più economiche, come questo QFP.

Anche se queste parti sono le più importanti nella maggior parte dei progetti, hanno il minor numero di possibili sostituzioni all'interno delle linee di prodotto di un dato fornitore. I processori non sono inoltre interscambiabili tra i fornitori, quindi è facile rimanere intrappolati dal lock-in se non si identificano alternative adatte in anticipo.

ASIC Comuni

L'idea di un "ASIC comune" si riferisce a un ampio insieme di ASIC che forniscono funzioni simili tra diversi fornitori. Ad esempio, ci sono molte categorie di IC che forniscono funzioni standardizzate e sono sostituibili con componenti di altri fornitori:

• IC per porte logiche
• IC analogici/amplificatori
• IC di interfaccia (level shifter, multiplexer, switch, ecc.)
• Sensori (temperatura, pressione, ecc.)
• IC a segnale misto (ADC e DAC)
• Regolatori lineari
• Parti varie: oscillatori, generatori di PWM, riferimenti di tensione, ecc.

Alcuni di questi componenti potrebbero essere sostituzioni pin-per-pin tra diversi fornitori, quindi ci saranno molte opportunità per cercare componenti diversi. Anche se i componenti non sono compatibili pin-per-pin, potrebbero esserci opportunità per trovare parti funzionalmente equivalenti che non richiedono grandi cambiamenti nel layout del PCB, così è possibile ottenere comunque una riduzione del costo dei componenti che scala rapidamente in grandi volumi.

Passivi

La maggior parte dei componenti in un PCBA sarà costituita da componenti passivi, che possono presentarsi in un numero qualsiasi di dimensioni, tolleranze e confezionamenti. Sebbene i passivi siano componenti semplici, la loro sostituzione comporta alcuni rischi, che ho descritto nella tabella qui sotto.

Chiaramente, il livello di rischio varia notevolmente a seconda del tipo di componente che si potrebbe considerare di sostituire. A volte, la sostituzione più comune è quella della tolleranza, da alta precisione a bassa precisione, ed è tipicamente fatta per condensatori e resistori. Alcuni passivi, in particolare i diodi, non dovrebbero essere sostituiti basandosi solo sul prezzo poiché potrebbero svolgere un altro compito molto importante, come la rettificazione in un circuito di alimentazione switching.

Quali componenti non dovrebbero essere sostituiti

Se il tuo unico obiettivo è la riduzione dei costi, ma non vuoi perdere affidabilità, allora ci sono alcuni componenti che probabilmente è meglio lasciare inalterati. Il motivo è che i potenziali rischi per l'affidabilità possono superare i risparmi sui costi derivanti da una sostituzione del componente, o questi componenti potrebbero richiedere troppi test aggiuntivi per essere qualificati prima della produzione su larga scala. Ci sono due grandi aree in cui ciò si applica: componenti induttivi (specificamente trasformatori) e connettori.

Alcuni trasformatori sono specificamente scelti e integrati in un circuito in base a come interagiscono con altri componenti per fornire bassa EMI, basso carico termico e funzionamento altamente affidabile. Questo è sicuramente il caso nei convertitori DC/DC ad alta potenza; spesso non esiste una parte sostitutiva adatta per un trasformatore che non richieda anche la modifica di qualcos'altro nel circuito e la successiva qualificazione di queste modifiche in test.

Con i connettori, ci sono molteplici specifiche da considerare, che includono il fattore di forma. Infatti, una parte a costo inferiore potrebbe richiedere un connettore più grande, e ciò potrebbe non essere accettabile nel tuo progetto. Il fattore di forma si applica anche nella magnetica, sia per induttori che per trasformatori; semplicemente non ci sono sempre sostituti diretti che hanno lo stesso fattore di forma, specifiche e costo inferiore.

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